地质通报  2019, Vol. 38 Issue (2-3): 223-230  
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孙崇波, 李忠权, 王道永, 陈晓东. 哀牢山构造带南段马玉花岗闪长岩地球化学特征及其锆石U-Pb年龄[J]. 地质通报, 2019, 38(2-3): 223-230.
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Sun C B, Li Z Q, Wang D Y, Chen X D. Petrogeochemistry and zircon U-Pb age of the Mayu granodiorite in the southern section of Ailaoshan tectonic belt[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(2-3): 223-230.
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基金项目

中国地质调查局项目《西南三江成矿带南段基础地质调查》(编号:1212010880406)和《云南1:5万骂尼街等四幅区域地质矿产调查》(编号:1212011120582)

作者简介

孙崇波(1985-), 男, 在读博士生, 构造地质学专业。E-mail:1315333036@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-09-09
修订日期: 2017-11-15
哀牢山构造带南段马玉花岗闪长岩地球化学特征及其锆石U-Pb年龄
孙崇波1,2 , 李忠权1 , 王道永1 , 陈晓东2     
1. 自然资源部构造成矿成藏重点实验室(成都理工大学)/油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学), 四川 成都 610059;
2. 四川冶金地质勘查局水文工程大队, 四川 成都 611730
摘要: 对云南墨江县马玉花岗闪长岩进行了锆石U-Pb年龄和岩石地球化学分析。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年显示,马玉花岗闪长岩年龄为263.6±2.4Ma,形成于晚二叠世。岩石地球化学显示,马玉花岗闪长岩SiO2含量为59.56%~70.50%,全碱(Na2O+K2O)含量为5.16%~7.92%,且Na2O>K2O;岩石富集轻稀土元素,负Eu异常明显(δEu=0.84~1.32),相对富集Sc、Hf,相对贫化Sr、Zr、Th、U。构造环境判别图解显示,马玉花岗闪长岩形成于碰撞期后板内构造环境,说明哀牢山构造带的古特提斯支洋或弧后盆地在晚二叠世(263.6±2.4Ma)已经闭合。
关键词: 花岗闪长岩    锆石U-Pb测年    岩石地球化学    同碰撞期花岗岩    
Petrogeochemistry and zircon U-Pb age of the Mayu granodiorite in the southern section of Ailaoshan tectonic belt
SUN Chongbo1,2, LI Zhongquan1, WANG Daoyong1, CHEN Xiaodong2     
1. Key Laboratory of Tectonic Controls on Mineralization and Hydrocarbon Accumulation of Ministry of Natural Resources(Chengdu University of Technology/State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation(Chengdu University of Technology), Chengdu 610059, Sichuan, China;
2. Hydro-Engineering Party of Sichuan Metallurgical Geology and Exploration Bureau, Chengdu 611730, Sichuan, China
Abstract: This study presents bulk petrogeochemistry and zircon U-Pb dating results for the Mayu granodiorite in Mojiang, Yunnan. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results show that the Mayu granodiorite was formed in the Late Permian period (263.6±2.4Ma). The Mayu granodiorite is characterized by SiO2 content of 59.56%~70.50%, alkali (Na2O+K2O)5.16%~7.92%, and Na2O higher than K2O. It is enriched in LREE and Sc, Hf, and depleted in Sr, Zr, Th, U, with negative Eu anomalies (δEu:0.84~1.32). According to the diagrams, the Mayu granodiorite was formed in a tectonic environment of island arc-continent or continental-arc collision, indicating that the branch of Paleo-Tethys Ocean or arc basin in Ailaoshan tectonic belt may have been closed in the Late Permian (263.6±2.4Ma).
Key words: granodiorite    zircon U-Pb dating    petrogeochemistry    syn-collisional granite    

哀牢山造山带位于特提斯-喜马拉雅构造区与滨太平洋构造区的接触部位,兼具印支思茅地块和扬子地块两大构造单元的属性[1-3],而特提斯造山带以发育线形延伸的构造行迹和岩浆岩带为特征,是研究多个岩石圈块体相互作用过程与动力学机制的典型地区[1, 4]。位于亲扬子的思茅地块和亲冈瓦纳的缅泰马地块之间的昌宁-孟连带是古特提斯多岛洋格局的主洋盆遗迹分布区,代表了古特提斯的缝合线[5-7]。对此认识,目前地学界较一致。然而,金沙江-哀牢山构造带在晚古生代是否存在古特提斯支洋盆还存在争论,目前主要有2种观点:一种观点认为在金沙江-哀牢山-松马构造带发育了支洋盆[8-9];另一种则认为思茅地块和扬子地块在泥盆纪前是一体的,晚古生代两者之间发育了古特提斯洋东缘弧后盆地[3, 6]

基于以上争论及现有对哀牢山构造带火山岩的研究,关于该区花岗岩的研究报道较少[10-11]。花岗岩是大陆地壳的组成部分,也是研究地壳演化和古构造的有效手段[12-17]。本文在前人研究的基础上,对哀牢山南段的马玉花岗闪长岩(图 1)进行了主量、微量元素地球化学分析及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,讨论其形成环境及形成时代,以期为哀牢山-李仙江-松马构造带的演化提供新的证据。

图 1 区域构造图(a)及研究区地质略图(b) Fig.1 Regional structural (a) and geological sketch map (b) Mz—中生代构造层;Pz—古生代构造层;P3Nηγπ—二长花岗斑岩;P3Jηγπ—花岗斑岩;E2Dσυ—辉长岩;P3Dδομ—石英闪长岩;P3Yλπ—流纹岩;P3Mγδ—花岗闪长岩
1 区域地质背景及样品岩石学特征

哀牢山构造带整体呈NW—SE向,北西窄、南东宽,呈“喇叭”状展布于云南省中南部,向东南经元阳和金平县延伸进入越南境内与松马构造带连接,向西北经点苍山与金沙江构造带对应[1, 18]。该构造带主要由4条主断裂及其夹持的3套不同性质的岩石建造组成,断裂自南西向北东依次为李仙江断裂、九甲-安定断裂、哀牢山断裂及红河断裂[4]。哀牢山变质岩系是本区最古老的地层[1],构成哀牢山的主体[11]。哀牢山断裂带东侧为扬子地块,西侧为思茅地块。

本次研究的马玉花岗闪长岩位于云南普洱市墨江哈尼族自治县共埂-布鲁断裂北东,由2个独立岩体组成,总面积45km2,属岩株及小岩枝,长宽比例近2:1,其分布受构造控制明显,呈近南北向延伸,侵入下志留统岩层中。岩石呈浅灰色、浅灰白色,风化面呈浅黄褐色-黄褐色,以中细粒半自形粒状结构为主,局部见交代蚕食结构及交代假象结构,块状构造。岩石主要由更-中长石(含量35%~ 70%,以40%~50%居多;An=22~40,以小于35居多)、石英(含量25%~40%)、钾长石(含量多小于25%,一般为10%~20%,变化较大)、黑云母(含量3%~5%多见,最高达7%)组成,副矿物为磁铁矿,另有磷灰石、锆石、榍石、黄铁矿及褐铁矿。

2 样品分析方法

对新鲜的样品通过人工重砂法选出锆石,在双目显微镜下挑选出晶形较好、无裂隙、无包体、干净透明的锆石颗粒,在玻璃板上将其用环氧树脂固定、抛光,然后拍摄反射光、透射光及阴极发光(CL)图像,以这些图像为依据选择最佳分析点——避开裂纹和包裹体的区域,以及可能为不同世代过渡的晶域。锆石U-Pb同位素分析在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室的ICP-MS Elan6100DRC激光探针上完成,同位素比值计算采用Gliter4.0程序[19],普通铅校正采用Anderson[20]介绍的方法,有关年龄计算及U-Pb谐和图绘制用Isoplot(ver2.49)[21]程序完成。

全岩的主量和微量元素分析在四川省冶金地质岩矿测试中心的国家重点实验室完成。主量元素分析用Rigaku RIX 2000型荧光光谱仪(XRF)分析,分析误差1%~5%,具体实验流程见参考文献[22]。微量元素分析用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),分析误差2%~5%,详细实验方法见参考文献[23]。

3 锆石U-Pb年龄

马玉花岗闪长岩样品PM3104Z1锆石呈无色-淡黄色,个别为浅褐色,以自形短柱状为主,少数呈长柱状或近粒状(图 2)。CL图像显示,柱状者多具清晰的振荡环带,部分具边-核内部结构。17个测点中的2、4及14号点为核部,5、6号点振荡环带不明显,其余测点均在振荡环带上。17个测点的206Pb/238U年龄值范围为255.0~281.6Ma(表 1),经加权平均计算,获得锆石206Pb/238U年龄加权平均值为263.6±2.4Ma,置信度为95%(图 3),代表二长花岗斑岩形成年龄。以此确定,该岩体为晚二叠世岩浆活动的产物。

图 2 马玉花岗闪长岩锆石阴极发光(CL)图像 Fig.2 CL images of zircons of the Mayu granodiorite
表 1 马玉花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测试结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analyses of the Mayu granodiorite
图 3 马玉花岗闪长岩锆石U-Pb谐和图(a)及年龄加权平均图(b) Fig.3 U-Pb concordia diagram (a) and weighted mean 206Pb/238U age diagram (b) for zircons of the Mayu granodiorite
4 岩石地球化学特征

马玉花岗闪长岩的主量元素含量、CIPW标准矿物分子及主要参数见表 2。由表 2可知,SiO2含量为59.56%~70.50%,平均67.23%,全碱(Na2O+K2O)含量5.16%~7.92%,平均6.86%,且Na2O>K2。与中国花岗岩[24]相比,马玉花岗闪长岩具有贫硅钙钠、低铝的特点。其CIPW标准矿物分子中少含C;A/CNK值多为1.0左右,为准铝质型;σ<3.3,属钙碱性系列,AR数值特征也表明此特点。根据阳离子参数特征(图 4),岩石投点落于同碰撞期(S型)花岗岩及其附近;在Pearce图解(图 5)上,投点全部落入板内型花岗岩区,因此认为其形成于碰撞期后陆内环境。

表 2 马玉花岗闪长岩主量、微量和稀土元素分析数据 Table 2 Major, trace and rare earth element compositions of the Mayu granodiorite
图 4 R1-R2图解(据参考文献[25]修改) Fig.4 R1-R2 diagram ①—地幔斜长花岗岩;②—板块碰撞前花岗岩;③—板块碰撞后隆起期花岗岩;④—造山晚期花岗岩;⑤—碰撞期花岗岩;⑥—造山期花岗岩;⑦—造山期后A型花岗岩
图 5 构造环境图解(据参考文献[26]修改) Fig.5 Diagram of tectonic environment syn-COLG—同碰撞期花岗岩;VAG—火山弧花岗岩;ORG—洋脊型花岗岩;WPG—板内型花岗岩

岩石的微量元素含量与世界相应岩类相比,Sc、Hf相对富集,Rb、Ta、Yb、Cs趋于富集,Sr、Zr、Th、U相对贫化。

岩石稀土元素含量及参数(表 2)表明,稀土元素总量(ΣREE)低于世界花岗岩,反映源区稀土元素亏损的特点;ΣREE平均值为37.25×10-6,重稀土元素(HREE)平均值为22.59×10-6,轻、重稀土元素比值(LREE/HREE)平均为8.85。岩石δCe<1.0;δEu约为1,平均值为1.01,具弱正Eu异常。稀土元素配分型式均为富集右倾型(图 6-a)。

图 6 马玉花岗闪长岩稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化蛛网图(b)(标准值据参考文献[27]) Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for Mayu granodiorite (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) 1—PM34H1; 2—PM34H2; 3—PM34H3; 4—PM34H4; 5—PM34H5; 6—PM34H6; 7—PM34H7; 8—PM34H8

岩石大离子亲石元素及稀土元素含量(表 2)的变化特点,反映了元素的迁移活动特征。微量元素蛛网图(图 6-b)显示Cr强烈亏损的特点,可能暗示源区经历了强烈分异或属非下地壳-地幔源区。负Sr异常表明,Sr主要进入斜长石中,并经历了结晶分异。Rb、Ta、Yb等元素趋于富集,显示出不相容性。这些元素的变化不仅符合岩浆一般演化规律,而且也表明各单元之间存在成因联系和演化关系。

5 讨论 5.1 马玉花岗闪长岩形成时代

目前关于哀牢山构造带南段火山岩形成时代还存在争议。云南地矿局[4]对巴德轰花岗岩体测得黑云母K-Ar年龄为207Ma及217Ma;刘翠等[28]对绿春地区的流纹岩所测年龄为247.3Ma;云南地矿局[4]对新安寨花岗岩体研究,认为其侵位于晚三叠世,而刘汇川等[29]对其进行了修正,认为其侵位于晚二叠世—早三叠世(251.6Ma)。本文对哀牢山构造带南段马玉花岗闪长岩进行的LA-ICP-MS锆石UPb定年结果显示,其206Pb/238U年龄加权平均值为263.6 ±2.4Ma,说明其侵位于晚二叠世,与前人研究[28-29]结果相近。

5.2 马玉花岗闪长岩的构造意义

目前学术界对昌宁孟连带作为古特提斯洋主洋的观点比较一致,对其构造演化的各阶段也做了大量的研究[30-31]。但是对位于扬子板块和思茅印支板块之间的金沙江-哀牢山-松马构造带,古生代—早中生代是古特提斯支洋还是弧后盆地还存在争议。刘翠等[28]认为,绿春地区247.3Ma的流纹岩形成于成熟岛弧向陆陆碰撞过渡的构造环境;Zi等[32]认为,金沙江白马雪山的花岗质侵入体(249Ma)形成于岛弧向弧陆或陆陆碰撞转化的构造环境;刘汇川等[29]则认为新安寨花岗岩体(251.6Ma)形成于岛弧向陆陆碰撞转化或陆陆(陆弧)碰撞环境。本次研究的马玉花岗闪长岩岩体与上述岩体同处于哀牢山构造带,其形成时代也与之相近,在花岗岩构造环境判别图上,马玉花岗斑岩体的主量元素组成同样投点于碰撞期陆弧环境,说明该岩体形成于岛弧向陆陆碰撞或陆弧碰撞的构造环境。

前人对哀牢山构造带的古特提斯支洋或弧后盆地做了大量的研究,但在晚古生代—早中生代,其构造演化时限仍然不确定。本次研究表明,哀牢山支洋或弧后盆地在古特提斯主洋向思茅印支板块之下俯冲及扬子板块西缘峨眉山地幔柱上侵的动力作用下,在晚二叠世(263.6±2.4Ma)已经闭合。

6 结论

(1)马玉花岗闪长岩样品的锆石206Pb/238U年龄加权平均值为263.6±2.4Ma,即其形成于晚二叠世。

(2)马玉花岗闪长岩属过准铝质型,形成于碰撞期后板内构造环境,表明哀牢山构造带的古特提斯支洋或弧后盆地在晚二叠世(263.6±2.4Ma)已经闭合。

致谢: 野外工作得到成都理工大学邓江红、吴德超等教授的大力支持,论文审稿过程中中国科学院广州地球化学研究所邵同宾博士提出了很多宝贵意见和建议,在此表示诚挚的感谢。

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